JP7119598B2 - Contactless power transmission device and contactless power transmission system - Google Patents
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Description
本開示は、非接触送電装置及び非接触電力伝送システムに関し、特に、受電装置へ非接触で送電する非接触送電装置におけるインバータの制御技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a contactless power transmission device and a contactless power transmission system, and more particularly to control technology for an inverter in a contactless power transmission device that wirelessly transmits power to a power receiving device.
送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている(たとえば特許文献1~5参照)。このような電力伝送システムでは、送電装置は、所定の周波数の送電電力を生成して送電部へ供給するインバータを備えている。インバータにおいては、スイッチング動作に伴なう出力電圧の立上り時に出力電圧と同符号の出力電流(ターンオン電流)が流れていると、スイッチング動作時に還流ダイオードに逆方向の短絡電流(リカバリー電流)が流れる。このため、短絡電流が流れる還流ダイオード及びスイッチング素子の発熱が大きくなり、損失が増大するとともに、過熱異常に至る可能性もある。なお、インバータ出力電圧の立上り時にターンオン電流が流れていることは、出力電流の位相が出力電圧に対して進角していることに相当する。
2. Description of the Related Art A power transmission system that transmits power from a power transmission device to a power reception device in a contactless manner is known (see
特開2016-111902号公報(特許文献6)には、リカバリー電流を抑制する技術が開示されている。特許文献6に記載の送電装置では、インバータの出力電流の位相が出力電圧に対して進角している場合に、電流位相の進角が小さくなる方向に送電電力の周波数が操作される。具体的には、送電部と受電部との間の結合係数と、送電電力の周波数と、電圧位相に対する電流位相との関係を示すマップが予め準備され、結合係数の算出値と当該マップとを用いて、電流位相の進角が小さくなる方向(すなわちターンオン電流が低下する方向)に周波数が調整される。これにより、ターンオン電流が抑制され、リカバリー電流を抑制することができる(特許文献6参照)。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-111902 (Patent Document 6) discloses a technique for suppressing the recovery current. In the power transmission device described in Patent Literature 6, when the phase of the output current of the inverter is advanced with respect to the output voltage, the frequency of the power to be transmitted is manipulated so that the advance of the current phase becomes smaller. Specifically, a map showing the relationship between the coupling coefficient between the power transmitting unit and the power receiving unit, the frequency of the transmitted power, and the current phase with respect to the voltage phase is prepared in advance, and the calculated value of the coupling coefficient and the map are prepared. is used to adjust the frequency in the direction in which the advance angle of the current phase decreases (that is, in the direction in which the turn-on current decreases). As a result, the turn-on current is suppressed, and the recovery current can be suppressed (see Patent Document 6).
特許文献6に記載の送電装置は、結合係数と、周波数と、電圧位相に対する電流位相との関係を示すマップを実験等により予め準備する必要があり、マップの生成に多くの工数とコストがかかる可能性がある。さらに、周波数と上記位相との関係(すなわち周波数とターンオン電流との関係)は、温度の影響等を受ける可能性もあり、マップ等では、ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向を誤る可能性がある。 The power transmission device described in Patent Literature 6 requires a map showing the relationship between the coupling coefficient, the frequency, and the current phase with respect to the voltage phase to be prepared in advance by experiments or the like, and the generation of the map requires many man-hours and costs. there is a possibility. Furthermore, the relationship between the frequency and the above phase (i.e., the relationship between the frequency and the turn-on current) may be affected by temperature, etc., and there is a possibility that the map, etc., may make a mistake in the operation direction of the frequency that reduces the turn-on current. be.
本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、受電装置へ非接触で送電する非接触送電装置及び非接触電力伝送システムにおいて、インバータにおけるターンオン電流を確実に抑制することである。 The present disclosure has been made to solve such a problem. It is to suppress.
本開示における非接触送電装置は、送電部と、インバータと、制御部とを備える。送電部は、受電装置へ非接触で送電するように構成される。インバータは、所定の周波数の送電電力を生成して送電部へ供給する。制御部は、インバータにより送電電力の周波数を操作することによってターンオン電流を制限値以下に制御するターンオン電流制御を実行するように構成される。ターンオン電流制御は、周波数を変化させたときのターンオン電流の変化の方向に基づいて、ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向を決定する第1の処理を含む。 A contactless power transmission device according to the present disclosure includes a power transmission unit, an inverter, and a control unit. The power transmission unit is configured to wirelessly transmit power to the power receiving device. The inverter generates transmission power of a predetermined frequency and supplies it to the power transmission section. The control unit is configured to perform turn-on current control for controlling the turn-on current to be equal to or less than a limit value by manipulating the frequency of transmitted power using the inverter. The turn-on current control includes a first process of determining the direction of frequency operation for decreasing the turn-on current based on the direction of change in the turn-on current when the frequency is changed.
また、本開示における非接触電力伝送システムは、送電装置と、送電装置から非接触で受電する受電装置とを備える。送電装置は、送電部と、インバータと、制御部とを含む。送電部は、受電装置へ非接触で送電するように構成される。インバータは、所定の周波数の送電電力を生成して送電部へ供給する。制御部は、インバータにより送電電力の周波数を操作することによってターンオン電流を制限値以下に制御するターンオン電流制御を実行するように構成される。ターンオン電流制御は、周波数を変化させたときのターンオン電流の変化の方向に基づいて、ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向を決定する第1の処理を含む。 A contactless power transmission system according to the present disclosure includes a power transmitting device and a power receiving device that wirelessly receives power from the power transmitting device. The power transmission device includes a power transmission section, an inverter, and a control section. The power transmission unit is configured to wirelessly transmit power to the power receiving device. The inverter generates transmission power of a predetermined frequency and supplies it to the power transmission section. The control unit is configured to perform turn-on current control for controlling the turn-on current to be equal to or less than a limit value by manipulating the frequency of transmitted power using the inverter. The turn-on current control includes a first process of determining the direction of frequency operation for decreasing the turn-on current based on the direction of change in the turn-on current when the frequency is changed.
上記の非接触送電装置及び非接触電力伝送システムによれば、送電電力の周波数を実際に変化させたときのターンオン電流の変化の方向に基づいて、ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向が決定されるので、ターンオン電流を確実に抑制することができる。 According to the contactless power transmission device and the contactless power transmission system described above, the direction of frequency operation for decreasing the turn-on current is determined based on the direction of change in the turn-on current when the frequency of the transmitted power is actually changed. Therefore, the turn-on current can be reliably suppressed.
制御部は、送電電力を目標に制御する電力制御と、効率最適制御とをさらに実行するように構成されてもよい。効率最適制御は、電力制御により送電電力が目標に制御される下で、周波数を振動させることによって、効率を向上させるための最適周波数を探索する制御である。そして、上記第1の処理は、効率最適制御における周波数の振動に応じたターンオン電流の変化の方向に基づいて、周波数の操作方向を決定する処理を含んでもよい。 The control unit may be configured to further perform power control for controlling transmission power with a target and efficiency optimum control. Efficiency optimum control is control that seeks the optimum frequency for improving efficiency by oscillating the frequency under the condition that transmission power is controlled to a target by power control. The first process may include a process of determining the direction of frequency operation based on the direction of change in the turn-on current according to the frequency oscillation in the optimum efficiency control.
この送電装置によれば、効率最適制御における周波数の振動を利用して、ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向が決定されるので、効率最適制御と協調しながらターンオン電流制御における周波数の操作方向を決定することができる。 According to this power transmission device, the frequency operation direction for decreasing the turn-on current is determined using the frequency oscillation in the optimum efficiency control. can decide.
電力制御は、所定の起動周波数でインバータの出力電圧のデューティを所定値(たとえば上限値)まで上昇させた後、周波数を操作することによって送電電力を目標に到達させる電力起動処理を含んでもよい。そして、ターンオン電流制御は、ターンオン電流が制限値を超えた場合に電力起動処理が実行されているとき、周波数を起動周波数側へ操作する第2の処理を含んでもよい。 The power control may include a power start-up process of increasing the duty of the output voltage of the inverter to a predetermined value (for example, an upper limit value) at a predetermined start-up frequency, and then manipulating the frequency so that the transmitted power reaches the target. Then, the turn-on current control may include a second process of manipulating the frequency toward the start-up frequency side when the power start-up process is being executed when the turn-on current exceeds the limit value.
電力起動処理中であれば、起動周波数からの周波数の操作方向と送電電力の増加方向とが対応しているので、ターンオン電流が制限値を超えた場合、周波数を起動周波数側へ操作することによって、送電電力を低下させてターンオン電流を低下させることができる。 If the power start-up process is in progress, the direction of frequency operation from the start-up frequency corresponds to the direction of increase in transmitted power. , the transmitted power can be reduced to lower the turn-on current.
制御部は、ターンオン電流制御を実行してもターンオン電流が制限値を超える場合、送電電力の生成を停止するようにインバータを制御してもよい。 The control unit may control the inverter to stop generation of transmission power when the turn-on current exceeds the limit value even if turn-on current control is performed.
状況によっては、ターンオン電流制御を実行してもターンオン電流が制限値以下に低下しない場合もあり得る。この送電装置によれば、そのような場合に送電を停止するので、インバータを確実に保護することができる。 Depending on the situation, even if turn-on current control is executed, the turn-on current may not drop below the limit value. According to this power transmission device, since power transmission is stopped in such a case, the inverter can be reliably protected.
さらに、制御部は、ターンオン電流制御を実行してもターンオン電流が制限値を超える場合に送電電力の生成を停止した後、起動周波数を変更して電力起動処理を再度実行するようにしてもよい。 Further, if the turn-on current exceeds the limit value even if the turn-on current control is executed, the control unit may change the start-up frequency and execute the power start-up process again after stopping the generation of the transmitted power. .
起動周波数を変更することにより、インバータの動作点(周波数及びデューティ)を変えることができる可能性がある。たとえば、使用可能な周波数帯の下限(或いは上限)を起動周波数としている場合に、上記周波数帯の上限(或いは下限)に起動周波数を変更することにより、インバータの動作点が変わり得る。これにより、ターンオン電流制御を実行してもターンオン電流が制限値以下に低下しない状況を回避できる可能性がある。 By changing the starting frequency, it may be possible to change the operating point (frequency and duty) of the inverter. For example, when the lower limit (or upper limit) of the usable frequency band is set as the starting frequency, changing the starting frequency to the upper limit (or lower limit) of the frequency band can change the operating point of the inverter. This may avoid a situation in which the turn-on current does not drop below the limit value even if turn-on current control is executed.
本開示における非接触送電装置及び非接触電力伝送システムによれば、ターンオン電流を確実に抑制することができる。 According to the contactless power transmission device and the contactless power transmission system according to the present disclosure, it is possible to reliably suppress the turn-on current.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
図1は、本開示の実施の形態に従う非接触電力伝送システムの全体構成図である。図1を参照して、この非接触電力伝送システムは、送電装置10と、受電装置20とを備える。受電装置20は、たとえば、送電装置10から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両等に搭載される。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a contactless power transmission system according to an embodiment of the present disclosure. Referring to FIG. 1 , this contactless power transmission system includes a
送電装置10は、力率改善(PFC(Power Factor Correction))回路210と、インバータ220と、フィルタ回路230と、送電部240とを含む。また、送電装置10は、電源ECU(Electronic Control Unit)250と、通信部260と、電圧センサ270と、電流センサ272,274とをさらに含む。
PFC回路210は、交流電源100(たとえば系統電源)から受ける電力を整流及び昇圧してインバータ220へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善する。このPFC回路210には、公知の種々のPFC回路を採用し得る。なお、PFC回路210に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。
インバータ220は、電源ECU250によって制御され、PFC回路210から受ける直流電力を、所定の周波数(たとえば数十kHz)の送電電力(交流)に変換する。インバータ220は、電源ECU250からの駆動信号に従ってスイッチング周波数を変更することにより、規格等で定められた所定の周波数帯において送電電力の周波数を変更することができる。インバータ220によって生成された送電電力は、フィルタ回路230を通じて送電部240へ供給される。このインバータ220は、電圧形インバータであり、インバータ220を構成する各スイッチング素子に逆並列に還流ダイオードが接続されている。インバータ220は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。
フィルタ回路230は、インバータ220と送電部240との間に設けられ、インバータ220から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路230は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むLCフィルタによって構成される。
送電部240は、インバータ220により生成される送電電力をフィルタ回路230を通じて受け、送電部240の周囲に生成される磁界を通じて受電装置20の受電部310へ非接触で送電する。送電部240は、受電部310へ非接触で送電するための共振回路を含んで構成される。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成されるが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。
電圧センサ270は、インバータ220の出力電圧Voを検出し、その検出値を電源ECU250へ出力する。電流センサ272は、インバータ220の出力電流Io、すなわちインバータ220に流れる電流を検出し、その検出値を電源ECU250へ出力する。なお、電圧センサ270及び電流センサ272の検出値に基づいて送電電力を検出することができる。電流センサ274は、送電部240に流れる電流Isを検出し、その検出値を電源ECU250へ出力する。
電源ECU250は、CPU(Central Processing Unit)、処理プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、各種信号を入出力するための入出力ポート等を含み(いずれも図示せず)、上述の各センサ等からの信号を受けるとともに、送電装置10における各種機器の制御を実行する。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。電源ECU250の構成及び電源ECU250により実行される制御については、後ほど詳しく説明する。
The
通信部260は、受電装置20の通信部370と無線通信するように構成される。通信部260は、電力伝送の開始/停止に関する情報を受電装置20とやり取りしたり、受電装置20の受電状況(受電電圧や受電電流、受電電力等)を受電装置20から受信したりする。
The
一方、受電装置20は、受電部310と、フィルタ回路320と、整流部330と、リレー回路340と、蓄電装置350とを含む。また、受電装置20は、充電ECU360と、通信部370と、電圧センサ380と、電流センサ382とをさらに含む。
On the other hand,
受電部310は、送電装置10の送電部240から出力される電力(交流)を、磁界を通じて非接触で受電する。受電部310は、送電部240から非接触で受電するための共振回路を含んで構成される。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成されるが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。
フィルタ回路320は、受電部310と整流部330との間に設けられ、受電部310による受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路320は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むLCフィルタによって構成される。整流部330は、受電部310によって受電された交流電力を整流して蓄電装置350へ出力する。整流部330は、整流器とともに平滑用のキャパシタを含んで構成される。
蓄電装置350は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置350は、たとえば、リチウムイオン電池或いはニッケル水素電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を含んで構成される。なお、リチウムイオン二次電池は、リチウムを電荷担体とする二次電池であり、電解質が液体の一般的なリチウムイオン二次電池のほか、固体の電解質を用いた所謂全固体電池も含み得る。蓄電装置350は、整流部330から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置350は、その蓄えられた電力を図示しない負荷駆動装置等へ供給する。
リレー回路340は、整流部330と蓄電装置350との間に設けられる。リレー回路340は、送電装置10による蓄電装置350の充電時にオン(導通状態)にされる。電圧センサ380は、整流部330の出力電圧(受電電圧)を検出し、その検出値を充電ECU360へ出力する。電流センサ382は、整流部330からの出力電流(受電電流)を検出し、その検出値を充電ECU360へ出力する。電圧センサ380及び電流センサ382の検出値に基づいて、受電部310による受電電力(蓄電装置350の充電電力に相当する。)を検出することができる。電圧センサ380及び電流センサ382は、受電部310と整流部330との間(たとえば、フィルタ回路320と整流部330との間)に設けてもよい。
充電ECU360は、CPU、ROM、RAM、入出力ポート等を含み(いずれも図示せず)、上記の各センサ等からの信号を受けるとともに、受電装置20における各種機器の制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
Charging
通信部370は、送電装置10の通信部260と無線通信するように構成される。通信部370は、電力伝送の開始/停止に関する情報を送電装置10とやり取りしたり、受電装置20の受電状況を送電装置10へ送信したりする。
The
図2は、図1に示した送電部240及び受電部310の回路構成の一例を示した図である。図2を参照して、送電部240は、送電コイル242と、キャパシタ244とを含む。キャパシタ244は、送電コイル242に直列に接続されて送電コイル242と共振回路を形成する。キャパシタ244は、送電部240の共振周波数を調整するために設けられる。送電コイル242及びキャパシタ244によって構成される共振回路の共振強度を示すQ値は、100以上であることが好ましい。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of
受電部310は、受電コイル312と、キャパシタ314とを含む。キャパシタ314は、受電コイル312に直列に接続されて受電コイル312と共振回路を形成する。キャパシタ314は、受電部310の共振周波数を調整するために設けられる。受電コイル312及びキャパシタ314によって構成される共振回路のQ値も、100以上であることが好ましい。
なお、送電部240及び受電部310の各々において、キャパシタは、コイルに並列に接続されてもよい。また、キャパシタを備えることなく所望の共振周波数を達成できる場合には、キャパシタを備えない構成としてもよい。
In each of
また、送電コイル242及び受電コイル312の構造は特に限定されない。たとえば、送電部240と受電部310とが正対する場合に、送電部240と受電部310とが並ぶ方向に沿う軸に巻回される渦巻形状やらせん形状のコイルを送電コイル242及び受電コイル312の各々に採用することができる。或いは、送電部240と受電部310とが正対する場合に、送電部240と受電部310とが並ぶ方向を法線方向とするフェライト板に電線を巻回して成るコイルを送電コイル242及び受電コイル312の各々に採用してもよい。
Also, the structures of the
再び図1を参照して、この非接触電力伝送システムにおいては、送電装置10において、インバータ220からフィルタ回路230を通じて送電部240へ交流の送電電力が供給される。送電部240及び受電部310の各々は、共振回路を含み、送電電力の周波数において共振するように設計されている。
Referring again to FIG. 1 , in
インバータ220からフィルタ回路230を通じて送電部240へ交流の送電電力が供給されると、送電部240の送電コイル242と、受電部310の受電コイル312との間に形成される磁界を通じて、送電部240から受電部310へエネルギー(電力)が移動する。受電部310へ移動したエネルギー(電力)は、フィルタ回路320及び整流部330を通じて蓄電装置350へ供給される。
When AC transmission power is supplied from
図3は、図1に示したインバータ220の回路構成を示した図である。図3を参照して、インバータ220は、電圧形のインバータであり、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」とも称する。)Q1~Q4と、還流ダイオードD1~D4とを含む。直流側の端子T1,T2には、PFC回路210(図1)が接続され、交流側の端子T3,T4には、フィルタ回路230(図1)が接続される。
FIG. 3 shows a circuit configuration of
スイッチング素子Q1~Q4は、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、GTO(Gate Turn Off thyristor)等によって構成される。還流ダイオードD1~D4は、それぞれスイッチング素子Q1~Q4に逆並列に接続される。 The switching elements Q1 to Q4 are composed of, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), bipolar transistors, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), GTOs (Gate Turn Off thyristors), and the like. Freewheeling diodes D1-D4 are connected in antiparallel to switching elements Q1-Q4, respectively.
端子T1,T2間には、PFC回路210から出力される直流電圧V1が印加される。スイッチング素子Q1~Q4のスイッチング動作に伴なって、端子T3,T4間に出力電圧Vo及び出力電流Ioが生じる(図中、矢印で示される方向を正値とする。)。この図3では、一例として、スイッチング素子Q1,Q4がONであり、スイッチング素子Q2,Q3がOFFである状態が示されており、出力電圧Voは電圧V1(正値)である。
A DC voltage V1 output from the
図4は、インバータ220のスイッチング波形と、出力電圧Vo及び出力電流Ioの波形とを示す図である。図中、Tはインバータ220のスイッチング周期を示す。すなわち、インバータ220のスイッチング周波数は1/Tである。
FIG. 4 is a diagram showing switching waveforms of
図4とともに図3を参照して、スイッチング素子Q1~Q4を図示のようにON/OFFさせることにより、スイッチング周波数で変動する方形波の出力電圧Voが生成される。すなわち、インバータ220のスイッチング周波数を操作(変更)することにより、インバータ220によって生成される送電電力の周波数を調整することができる。
Referring to FIG. 3 together with FIG. 4, by turning ON/OFF the switching elements Q1 to Q4 as shown, a square-wave output voltage Vo that fluctuates at the switching frequency is generated. That is, by manipulating (changing) the switching frequency of
Tdは出力電圧Voの出力時間を示す。周期Tに対するTdの期間比は、インバータ出力電圧のデューティとして定義される。スイッチング素子Q1,Q3のオン/オフタイミング(オン/オフ期間比0.5)に対してスイッチング素子Q2,Q4のオン/オフタイミング(オン/オフ期間比0.5)を変化させることによって、インバータ出力電圧のデューティを調整することができる。図4では、デューティが0.25である場合が示されており、デューティの上限は0.5である。 Td indicates the output time of the output voltage Vo. The period ratio of Td to period T is defined as the duty of the inverter output voltage. By changing the on/off timing (on/off period ratio 0.5) of the switching elements Q2 and Q4 with respect to the on/off timing (on/off period ratio 0.5) of the switching elements Q1 and Q3, the inverter The duty of the output voltage can be adjusted. FIG. 4 shows a case where the duty is 0.25, and the upper limit of the duty is 0.5.
この出力電圧Voのデューティを調整することによって、送電電力を変化させることができる。定性的には、デューティを大きくすることによって送電電力を増加させることができ、デューティを小さくすることによって送電電力を減少させることができる。この実施の形態では、電源ECU250は、出力電圧Voのデューティを操作することによって、送電電力を目標電力に制御する送電電力制御を実行する。
By adjusting the duty of this output voltage Vo, transmitted power can be changed. Qualitatively, the transmitted power can be increased by increasing the duty, and the transmitted power can be decreased by decreasing the duty. In this embodiment,
出力電圧Voの立上り時(時刻t4や時刻t8)における出力電流Ioの瞬時値は、ターンオン電流Itを示す。ターンオン電流Itの値は、PFC回路210からインバータ220に与えられる電圧V1やインバータ220のスイッチング周波数(送電電力の周波数)によって変化する。
The instantaneous value of the output current Io at the rising edge of the output voltage Vo (time t4 or time t8) indicates the turn-on current It. The value of the turn-on current It varies depending on the voltage V1 applied from the
図4には、正のターンオン電流Itが流れる例が示されている。正のターンオン電流Itが流れると、出力電圧Voの立上り時(時刻t4や時刻t8)に、スイッチング素子Q3に逆並列に接続される還流ダイオードD3に逆方向の短絡電流(リカバリー電流)が流れる。このため、短絡電流が流れる還流ダイオードD3及びスイッチング素子Q1の発熱が大きくなり、インバータ220の損失が大きくなる。
FIG. 4 shows an example in which a positive turn-on current It flows. When the positive turn-on current It flows, a reverse short-circuit current (recovery current) flows through the freewheeling diode D3 connected in antiparallel to the switching element Q3 when the output voltage Vo rises (time t4 or time t8). As a result, the freewheeling diode D3 through which the short-circuit current flows and the switching element Q1 generate more heat, and the loss of the
送電装置10における主な電力損失は、スイッチング損失及び導通損失である。スイッチング損失は、インバータ220のスイッチング動作(ターンオン又はターンオフ)時に発生する電力損失である。送電装置10では、インバータ220のスイッチング動作時のターンオン電流Itによる電力損失が支配的なスイッチング損失となる。一方、導通損失は、導通によって生じる電力損失である。送電装置10では、送電コイル242及びインバータ220の導通に伴なう発熱等に起因した電力損失が支配的な導通損失となる。
Main power losses in the
この実施の形態では、電源ECU250は、送電装置10における電力損失を検出する。具体的には、ターンオン電流Itによる電力損失と、送電コイル242に流れる電流による電力損失と、インバータ220に流れる電流による電力損失との和が、送電装置10における電力損失として検出される。
In this embodiment,
送電装置10における電力損失は、インバータ220のスイッチング周波数(送電電力の周波数)によって変動する。図5は、送電装置10における電力損失と送電電力の周波数fとの関係の一例を示す図である。図5において、fa,fbは、それぞれ規格等で定められた使用可能な周波数帯の下限及び上限の周波数を示す。
Power loss in the
図5を参照して、送電電力の周波数f(横軸)と送電装置10における電力損失(縦軸)との関係は、下に凸の曲線kで示されている。周波数fが最適周波数fxであるときに、送電装置10における電力損失が最小(極小値Lx)となる。
Referring to FIG. 5, the relationship between frequency f (horizontal axis) of transmitted power and power loss (vertical axis) in
そこで、この実施の形態では、電源ECU250は、送電電力の周波数fを操作(インバータ220のスイッチング周波数を操作)することによって、送電装置10における電力損失を最小化して効率を向上させるための効率最適制御を実行する。詳細は後述するが、電源ECU250は、周波数fを振動させることによって最適周波数fxを探索し(極値探索)、周波数fを最適周波数fxに収束させる制御を実行する。
Therefore, in this embodiment,
なお、この実施の形態では、効率最適制御によって、ターンオン電流Itによる電力損失と、送電コイル242に流れる電流による電力損失と、インバータ220に流れる電流による電力損失との和を最小にするものとしているが、これらの電力損失のうちのいずれか又は2つの和を最小にするように効率最適制御を実行してもよい。
In this embodiment, the optimum efficiency control minimizes the sum of the power loss due to the turn-on current It, the power loss due to the current flowing through the
ターンオン電流Itが増大すると、リカバリー電流(短絡電流)も増大し、短絡電流が流れる還流ダイオード及びスイッチング素子が過熱異常に至る可能性がある。そのため、この実施の形態では、ターンオン電流Itに制限値が設けられており、電源ECU250は、ターンオン電流Itを制限値以下に制御するターンオン電流制御を実行する。ターンオン電流Itの値は、インバータ220のスイッチング周波数によって変化するため、電源ECU250は、ターンオン電流Itが制限値を超えると、送電電力の周波数fを操作(インバータ220のスイッチング周波数を操作)することによってターンオン電流を低下させる。
When the turn-on current It increases, the recovery current (short-circuit current) also increases, and there is a possibility that the freewheeling diode and the switching element through which the short-circuit current flows may overheat. Therefore, in this embodiment, a limit value is set for turn-on current It, and
なお、ターンオン電流制御も、上述の効率最適制御も、周波数fを操作するものであり、両制御は干渉し得る。ターンオン電流制御は、インバータ220の保護の観点で行なわれるものであり、効率最適制御よりも優先度は高い。そこで、この実施の形態では、ターンオン電流制御は、効率最適制御に優先して実行される。すなわち、ターンオン電流Itが制限値を超えた場合に、効率最適制御の実行中であれば、電源ECU250は、効率最適制御を停止してターンオン電流制御を実行する。そして、ターンオン電流Itが制限値以下になると、ターンオン電流制御は非作動となるので、効率最適制御が再開される。
Note that both the turn-on current control and the above-described efficiency optimum control manipulate the frequency f, and both controls may interfere with each other. Turn-on current control is performed from the viewpoint of protecting
図6は、インバータ出力電圧のデューティ及び送電電力の周波数fの操作例を示す図である。この図6では、送電開始直後からのデューティ及び周波数fの操作例が示されている。 FIG. 6 is a diagram showing an operation example of the duty of the inverter output voltage and the frequency f of the transmitted power. FIG. 6 shows an operation example of duty and frequency f immediately after the start of power transmission.
図6を参照して、線PL1,PL2の各々は、送電電力の等高線を示す。線PL1で示される送電電力は、線PL2で示される送電電力よりも大きい。図から分かるように、ある送電電力を実現するデューティは、周波数依存性を示す。この例では、線PL1で示される送電電力が目標電力であるものとする。 Referring to FIG. 6, each of lines PL1 and PL2 indicates contour lines of transmitted power. The transmitted power indicated by line PL1 is greater than the transmitted power indicated by line PL2. As can be seen from the figure, the duty for realizing a certain transmission power shows frequency dependence. In this example, it is assumed that the transmission power indicated by line PL1 is the target power.
ユーザ操作或いはタイマーによる時刻到来等により送電の開始が指示されると、電源ECU250は、送電電力を立ち上げて送電電力を目標電力に到達させる電力起動処理を実行する。具体的には、電源ECU250は、まず、インバータ220の動作周波数(送電電力の周波数f)を所定の起動周波数に設定して送電を開始し、デューティを上昇させる(図のラインA)。この例では、規格等で定められた使用可能な周波数帯の上限fbが起動周波数に設定されている。なお、起動周波数は、これに限定されるものではなく、上記周波数帯の下限faや、下限fa及び上限fbと異なる周波数であってもよい。
When the start of power transmission is instructed by a user's operation or the arrival of time by a timer, etc.,
なお、この例では、下限faと上限fbとの中間の周波数域(以下「中間域」と称する。)において、下限faや上限fbに近い周波数よりも低いデューティで送電電力が得られる。このため、中間域では、力率が高いためにターンオン電流Itが大きくなりがちであり、ターンオン電流Itが制限値を超えてしまう可能性が高い。そこで、この例では、周波数帯の上限fb(下限faでもよい)を起動周波数とし、起動周波数から周波数fの調整が行なわれている。 In this example, in a frequency range intermediate between the lower limit fa and the upper limit fb (hereinafter referred to as "intermediate range"), transmitted power can be obtained with a lower duty than frequencies close to the lower limit fa and the upper limit fb. Therefore, in the intermediate range, the turn-on current It tends to increase due to the high power factor, and there is a high possibility that the turn-on current It will exceed the limit value. Therefore, in this example, the upper limit fb (or the lower limit fa) of the frequency band is set as the activation frequency, and the frequency f is adjusted from the activation frequency.
デューティが上限(0.5)に達すると、電源ECU250は、デューティを上限に維持したまま周波数fを操作する(図のラインB)。この例では、周波数帯の上限fbが起動周波数に設定されているので、電源ECU250は、周波数fを低下させることで送電電力を目標電力に近づけている。
When the duty reaches the upper limit (0.5),
そして、送電電力が目標電力(線PL1)に到達すると、電源ECU250は、電力起動処理を終了し、デューティを調整することにより送電電力を目標電力に維持しつつ、効率最適制御によって周波数fを操作することにより最適周波数fxの探索を実行する(図のラインC)。これにより、送電電力を目標電力に制御しつつ、高効率の送電を実現することができる。
Then, when the transmitted power reaches the target power (line PL1),
なお、上記の電力起動処理も、周波数fを操作するものであり、ターンオン電流制御と電力起動処理とは干渉する(効率最適制御は、電力起動処理の実行後に作動するので、効率最適制御と電力起動処理とは干渉しない。)。そこで、この実施の形態では、ターンオン電流制御は、上記の電力起動処理に優先して実行される。すなわち、ターンオン電流Itが制限値を超えた場合に、電力起動処理により周波数fを操作中であれば(図のラインB)、電源ECU250は、電力起動処理を停止してターンオン電流制御を実行する。
Note that the above power activation process also manipulates the frequency f, and the turn-on current control and the power activation process interfere with each other (the optimum efficiency control operates after the power activation process is executed, so the optimum efficiency control and the power does not interfere with the startup process). Therefore, in this embodiment, turn-on current control is executed with priority over the above-described power activation process. That is, when the turn-on current It exceeds the limit value and the frequency f is being operated by the power start-up process (line B in the figure), the
図7は、ターンオン電流Itの周波数特性の例を示す図である。図7を参照して、点線L1は、送電開始直後のターンオン電流Itの周波数特性の一例を示す。実線L2は、送電が開始されてからある程度時間が経過した後のターンオン電流Itの周波数特性の一例を示す。このように、送電中にターンオン電流Itの周波数特性が変化する場合がある。たとえば、送電中にコイル間の結合係数や温度等が変化すると、ターンオン電流Itの周波数特性が変化し得る。 FIG. 7 is a diagram showing an example of frequency characteristics of the turn-on current It. Referring to FIG. 7, dotted line L1 shows an example of the frequency characteristic of turn-on current It immediately after the start of power transmission. A solid line L2 shows an example of the frequency characteristic of the turn-on current It after a certain amount of time has passed since the start of power transmission. In this way, the frequency characteristic of the turn-on current It may change during power transmission. For example, if the coupling coefficient between the coils, the temperature, or the like changes during power transmission, the frequency characteristic of the turn-on current It may change.
周波数fを起動周波数側から変化(この例では上限fbから低下)させた場合に、ターンオン電流Itが制限値It_limに達したとき、周波数fを元の起動周波数側へ操作(この例では上昇)することでターンオン電流Itを低下させることができるとも考えられる。 When the turn-on current It reaches the limit value It_lim when the frequency f is changed from the startup frequency side (reduced from the upper limit fb in this example), the frequency f is operated to the original startup frequency side (increased in this example). It is also considered that the turn-on current It can be reduced by doing so.
しかしながら、効率最適制御の実行中において、ターンオン電流Itが制限値It_limに達したときに、ターンオン電流Itの周波数特性が実線L2のように変化していた場合、周波数fを元の起動周波数側へ操作(この例では上昇)すると、ターンオン電流Itがかえって増加してしまう。したがって、ターンオン電流Itが制限値It_limに達した場合、周波数fを起動周波数側へ一律に変更させるような制御では、ターンオン電流Itを確実に低下させることはできない。 However, when the turn-on current It reaches the limit value It_lim during execution of the optimum efficiency control, if the frequency characteristic of the turn-on current It changes as shown by the solid line L2, the frequency f is shifted to the original starting frequency side. When operated (increased in this example), the turn-on current It rather increases. Therefore, when the turn-on current It reaches the limit value It_lim, the turn-on current It cannot be reliably reduced by control that uniformly changes the frequency f toward the startup frequency.
そこで、この実施の形態に従う非接触電力伝送システムでは、電源ECU250は、送電電力の周波数fを変化させ、そのときのターンオン電流Itの変化を検知する。そして、電源ECU250は、周波数fの変化に応じたターンオン電流Itの変化の方向に基づいて、ターンオン電流Itを低下させる周波数fの操作方向を決定する。これにより、ターンオン電流Itを確実に抑制することができる。
Therefore, in the contactless power transmission system according to this embodiment,
この実施の形態では、効率最適制御において、周波数fを振動させることによって最適周波数fxを探索している。そこで、この非接触電力伝送システムでは、効率最適制御による周波数fの振動を利用して、周波数fの変化に応じたターンオン電流Itの変化の方向が検知され、その検知結果に基づいて、ターンオン電流Itを低下させる周波数fの操作方向が決定される。これにより、効率最適制御と協調しながら、ターンオン電流Itを低下させる周波数の操作方向を決定することができる。 In this embodiment, in the optimum efficiency control, the optimum frequency fx is searched for by oscillating the frequency f. Therefore, in this non-contact power transmission system, the direction of change in the turn-on current It corresponding to the change in the frequency f is detected using the oscillation of the frequency f by the efficiency optimum control, and based on the detection result, the turn-on current A manipulation direction of the frequency f that lowers It is determined. As a result, it is possible to determine the operating direction of the frequency that reduces the turn-on current It while cooperating with the efficiency optimum control.
なお、電力起動処理により周波数fを操作中であれば(図6のラインB)、周波数fを起動周波数側に戻すことにより、送電電力が低下し、それに伴なってターンオン電流Itも低下する。そこで、この非接触電力伝送システムでは、電源ECU250は、ターンオン電流Itが制限値を超えた場合に、電力起動処理の実行中であれば、周波数fの変化に応じたターンオン電流Itの変化の方向を検知することなく、周波数fを起動周波数側に操作する。
If the frequency f is being operated by the power activation process (line B in FIG. 6), the transmitted power is reduced by returning the frequency f to the activation frequency side, and the turn-on current It is accordingly decreased. Therefore, in this non-contact power transmission system, when turn-on current It exceeds the limit value,
図8は、電源ECU250により実行される制御の制御ブロック図である。図8を参照して、電源ECU250は、送電電力制御部410と、効率最適制御部420と、ターンオン電流制御部430と、ターンオン電流検出部(以下「It検出部」とも称する。)440と、周波数設定部450と、駆動信号生成部460とを含む。
FIG. 8 is a control block diagram of control executed by
送電電力制御部410は、送電電力Psの目標を示す目標電力Psrと、送電電力Psの検出値とを受ける。目標電力Psrは、たとえば、受電装置20の受電状況に基づいて生成される。この実施の形態では、受電装置20において、受電電力の目標と検出値との偏差に基づいて目標電力Psrが生成され、受電装置20から送電装置10へ送信される。送電電力Psは、たとえば、電圧センサ270及び電流センサ272(図1)の検出値に基づいて算出される。
Transmitted
送電電力制御部410は、送電の開始が指示されると、送電電力Psを立ち上げて送電電力Psを目標電力Psrに到達させる電力起動処理を実行する。この電力起動処理は、後述の電力偏差に基づいてデューティを制御するフィードバック(FB)と異なり、予め規定された手順に従ってデューティ及び周波数fを操作するフィードフォワード(FF)的な制御である。
When instructed to start power transmission, power
具体的には、送電電力制御部410は、インバータ220の動作周波数(送電電力の周波数f)を所定の起動周波数に設定し、インバータ出力電圧のデューティの指令値であるデューティ指令値dutyを上限(0.5)に設定する。デューティ指令値dutyは、駆動信号生成部460へ出力される。
Specifically, transmitted
そして、デューティが上限に達すると、送電電力制御部410は、デューティ指令値dutyを上限に維持したまま、送電電力Psが増加する方向の周波数操作量Δf1を出力する。周波数操作量Δf1は、周波数設定部450へ出力される。この周波数操作量Δf1は、起動周波数に応じて予め定められており、たとえば、起動周波数が上限fbの場合は、負値の周波数操作量Δf1が出力され、起動周波数が下限faの場合は、正値の周波数操作量Δf1が出力される。この周波数操作量Δf1は、送電電力Psが目標電力Psrに達するまで出力される。
Then, when the duty reaches the upper limit, transmitted
上記の電力起動処理により送電電力Psが目標電力Psrに到達すると、送電電力制御部410は、電力起動処理を終了して、目標電力Psrと送電電力Psとの偏差(電力偏差)に基づく電力FB制御を実行する。たとえば、送電電力制御部410は、電力偏差を入力とするPI制御等を実行することによって操作量を算出し、その算出された操作量をデューティ指令値dutyとして駆動信号生成部460へ出力する。
When the transmitted power Ps reaches the target power Psr by the above-described power activation process, the transmitted
送電電力制御部410は、電力起動処理の実行中、その旨の通知を効率最適制御部420及びターンオン電流制御部430へ出力する。効率最適制御部420においては、電力起動処理の実行中は、効率最適制御を非作動とするためである。ターンオン電流制御部430においては、上述のように、電力起動処理の実行中と、電力起動処理に続く効率最適制御の実行中とでは、周波数fの操作方向を決定する処理が異なるからである。
Transmission
一方、送電電力制御部410は、ターンオン電流制御が作動中である旨の通知をターンオン電流制御部430から受けているときは、送電電力制御を停止する。具体的には、送電電力制御部410は、デューティ指令値dutyを前回値に維持し、非零の周波数操作量Δf1が出力されている場合には、周波数操作量Δf1を0で出力する。
On the other hand, when transmission
It検出部440は、インバータ220の出力電圧Vo及び出力電流Ioの検出値に基づいてターンオン電流Itを検出する。具体的には、It検出部440は、出力電圧Voの立上りを検知し、出力電圧Voの立上り時における出力電流Ioの検出値をターンオン電流Itとして検出する。
It
効率最適制御部420は、It検出部440によるターンオン電流Itの検出値と、送電コイル242に流れる電流Isの検出値と、インバータ220の出力電流Ioの検出値とを受ける。効率最適制御部420は、これらの各検出値に基づいて送電装置10における電力損失を検出し、電力損失が最小(極小)となる最適周波数fxを探索する。すなわち、効率最適制御部420は、周波数fが最適周波数fxに近づく方向の周波数操作量Δf2を算出して周波数設定部450へ出力する。
Efficiency
なお、効率最適制御部420も、ターンオン電流制御が作動中である旨の通知をターンオン電流制御部430から受けているときは、効率最適制御を停止する。すなわち、効率最適制御部420は、周波数操作量Δf2を0で出力する。
Efficiency
また、効率最適制御部420は、電力起動処理を実行中である旨の通知を送電電力制御部410から受けているときも、効率最適制御を非作動する。すなわち、効率最適制御部420は、周波数操作量Δf2を0で出力する。
Furthermore, even when receiving a notification from transmission
図9は、図8に示した効率最適制御部420の制御ブロック図である。図9を参照して、効率最適制御部420は、振動信号生成部421と、損失検出部422と、ハイパスフィルタ(HPF(High Pass Filter))423と、乗算部424と、ローパスフィルタ(LPF(Low Pass Filter))425と、コントローラ426と、加算部427とを含む。
FIG. 9 is a control block diagram of efficiency
振動信号生成部421は、周波数fを振動させるための振動信号Svを生成し、乗算部424及び加算部427へ出力する。振動信号Svは、所定の振動周期でオン/オフが繰り返される、所定の振幅を有するパルス信号である。効率最適制御部420により実行される効率最適制御において採用される極値探索では、この振動信号Svを用いることによって、周波数fの最適周波数fx(送電装置10における電力損失が最小(極小)となる周波数)への移行が監視される。
The
損失検出部422は、ターンオン電流It、送電コイル242に流れる電流Is、及びインバータ220の出力電流Ioの各検出値に基づいて、送電装置10における電力損失を検出する。検出される電力損失は、ターンオン電流による電力損失と、送電コイル242に流れる電流による電力損失と、インバータ220に流れる電流による電力損失との和である。なお、出力電流Ioの検出値は、インバータ220に流れる電流に相当する。
The
電力損失の検出には、ターンオン電流It、電流Is及び電流Ioと、電力損失との関係を示す情報(以下「損失情報」と称する)が用いられる。損失検出部422は、予め電源ECU250のROMに格納された損失情報を参照することにより、ターンオン電流It、電流Is及び電流Ioの各検出値から電力損失を求めることができる。損失情報は、マップでも数式でもモデルでもよい。
Information indicating the relationship between the turn-on current It, the current Is, and the current Io and the power loss (hereinafter referred to as "loss information") is used to detect the power loss. The
損失検出部422は、電力損失を所定の周期で繰り返し検出する。電力損失が周期的に検出されることによって電力損失の波形Lv1が生成される。損失検出部422は、生成した電力損失の波形Lv1をHPF423へ出力する。
The
HPF423は、電力損失の波形Lv1から高周波成分Lv2(電力損失の波形Lv1から直流成分が除去された信号)を抽出して乗算部424へ出力する。この高周波成分Lv2は、振動信号Svにより周波数fを振動させたときの電力損失の変化量を示す。
The
乗算部424は、高周波成分Lv2に振動信号Svを乗算することにより、振動信号Svと高周波成分Lv2との相関係数を算出する。この相関係数は、周波数fの変化に対する電力損失の増減方向を示す。
The
LPF425は、乗算部424によって演算された相関係数の直流成分を抽出する。このLPF425の出力は、周波数fを最適周波数fxに移行させるための周波数fの操作方向(増減方向)を示す。なお、乗算部424の出力のノイズが小さければ、LPF425は省略してもよい。
コントローラ426は、LPF425の出力に基づいて、周波数fを最適周波数fxへ移行させるための周波数fの操作量(変更量)を算出する。コントローラ426は、たとえば、LPF425の出力信号を入力とするI制御(積分制御)を実行することによって、周波数fの操作量を算出する。
Based on the output of the
加算部427は、コントローラ426の出力に、振動信号生成部421によって生成される振動信号Svを加算し、その演算値を最終的な周波数操作量Δf2として周波数設定部450(図8)へ出力する。上記のような制御によって、送電装置10における電力損失を最小にする最適周波数fxが探索され、送電装置10における電力損失を最小にすることができる。
The
再び図8を参照して、ターンオン電流制御部430は、It検出部440によるターンオン電流Itの検出値を受ける。そして、ターンオン電流制御部430は、ターンオン電流Itが制限値を超えると、ターンオン電流Itを低下させる方向の周波数操作量Δf3を算出して周波数設定部450へ出力する。なお、ターンオン電流Itが制限値以下のときは(ターンオン電流制御の非作動時)、ターンオン電流制御部430は、周波数操作量Δf3を0で出力する。
Referring to FIG. 8 again, turn-on
ターンオン電流制御部430は、送電電力制御部410から電力起動処理を実行中である旨の通知を受ける。この通知は、送電電力制御部410において電力起動処理を実行中であるか、それとも、電力起動処理に続いて効率最適制御部420において効率最適制御を実行中であるかを判定するために用いられる。なお、ターンオン電流制御部430は、効率最適制御を実行中であるかを判定するために、効率最適制御部420から効率最適制御を実行中である旨の通知を受けるようにしてもよい。
Turn-on
また、ターンオン電流制御部430は、ターンオン電流制御の実行中(ターンオン電流Itが制限値を超えている間)、その旨の通知を送電電力制御部410及び効率最適制御部420へ出力する。上述のように、この通知に従って、ターンオン電流制御の実行中は、送電電力制御部410における送電電力制御(電力起動処理を含む)、及び効率最適制御部420における効率最適制御が停止される。
In addition, turn-on
図10は、図8に示したターンオン電流制御部430の制御ブロック図である。図10を参照して、ターンオン電流制御部430は、実行判定部431と、操作方向決定部432と、操作量算出部437とを含む。
FIG. 10 is a control block diagram of turn-on
実行判定部431は、ターンオン電流Itが制限値を超えているか否かを判定する。この制限値は正値であり、リカバリー電流に対するインバータ220の耐性に基づいて適宜設定される。そして、実行判定部431は、ターンオン電流Itが制限値を超えている場合に、ターンオン電流制御の実行を指示する信号を操作方向決定部432へ出力する。なお、この信号に基づいて、ターンオン電流制御を実行中である旨の通知が送電電力制御部410及び効率最適制御部420へ出力される。
操作方向決定部432は、ターンオン電流制御の実行中、ターンオン電流Itが低下する周波数の操作方向Drを決定する。周波数fの操作方向Drの決定方法については、効率最適制御部420における効率最適制御の実行中と、送電電力制御部410における電力起動処理の実行中とで異なる。
The operation
実行判定部431においてターンオン電流Itが制限値を超えていると判定された場合に、効率最適制御の実行中であれば、操作方向決定部432は、周波数fを変化させたときのターンオン電流Itの変化の方向に基づいて操作方向Drを決定する(第1の処理)。この実施の形態では、この第1の処理において周波数fを変化させる手段として、上述のように効率最適制御における振動信号Svが用いられる。一方、ターンオン電流Itが制限値を超えていると判定された場合に、電力起動処理の実行中であれば、操作方向決定部432は、起動周波数側へ周波数fを操作するように操作方向Drを決定する(第2の処理)。
If the
図11は、図10に示した操作方向決定部432における第1の処理の制御ブロック図である。図11を参照して、操作方向決定部432は、HPF433と、乗算部434と、LPF435と、符号抽出部436とを含む。
FIG. 11 is a control block diagram of the first process in the operation
HPF433は、ターンオン電流Itの波形から高周波成分Lv3を抽出して乗算部434へ出力する。この高周波成分Lv3は、振動信号Svにより周波数fを振動させたときのターンオン電流Itの変化量を示す。
乗算部434は、HPF433から出力される高周波成分Lv3に振動信号Svを乗算することにより、振動信号Svと高周波成分Lv3との相関係数を算出する。この相関係数は、周波数fの変化に対するターンオン電流Itの増減方向を示す。
The
LPF435は、乗算部434によって演算された相関係数の直流成分を抽出する。符号抽出部436は、LPF435の出力の符号を反転して出力する。この符号抽出部436によって得られる符号は、ターンオン電流Itを低下させる周波数の操作方向Drを示す。
再び図10を参照して、操作量算出部437は、操作方向決定部432において決定された周波数fの操作方向Drに基づいて、ターンオン電流Itを低下させる方向の周波数操作量Δf3を算出する。たとえば、操作量算出部437は、予め設定された周波数変更量(正値)に操作方向Drを乗算した値を周波数操作量Δf3として算出する。
Referring to FIG. 10 again, operation
図12は、ターンオン電流制御による周波数fの操作の一例を示す図である。図12を参照して、時刻t1においてターンオン電流Itが制限値It_limを超えると、ターンオン電流制御部430においてターンオン電流Itを低下させる周波数の操作方向が決定される。この例では、ターンオン電流Itを低下させる周波数の操作方向は、周波数fを低下させる方向であると判定される。そして、ターンオン電流制御によって周波数fが周波数操作量Δf3だけ低下し、その結果、ターンオン電流Itが制限値It_lim以下に低下している。
FIG. 12 is a diagram showing an example of manipulation of the frequency f by turn-on current control. Referring to FIG. 12, when turn-on current It exceeds limit value It_lim at time t1, turn-on
結合係数や温度等の変化等により、時刻t2においてターンオン電流Itが再び制限値It_limを超えると、ターンオン電流制御部430においてターンオン電流Itを低下させる周波数の操作方向が再度決定される。ここでも、周波数fの操作方向は、周波数fを低下させる方向であると判定され、ターンオン電流制御によって周波数fが周波数操作量Δf3だけ低下し、その結果、ターンオン電流Itが制限値It_lim以下に低下している。
When turn-on current It again exceeds limit value It_lim at time t2 due to changes in the coupling coefficient, temperature, etc., turn-on
再び図8を参照して、周波数設定部450は、周波数操作量Δf1の積算値、周波数操作量Δf2の積算値、及び周波数操作量Δf3の積算値を起動周波数に加算し、その演算結果を周波数fの指令値として駆動信号生成部460へ出力する。
Referring to FIG. 8 again,
駆動信号生成部460は、送電電力制御部410から受けるデューティ指令値dutyと、周波数設定部450から受ける周波数fの指令値とに基づいて、インバータ220の駆動信号を生成する。駆動信号生成部460により生成された駆動信号に従ってインバータ220が駆動されることによって、インバータ220の出力電圧Voのデューティがデューティ指令値dutyに対応する値になり、送電電力の周波数fがその指令値に対応する値となる。
Drive
図13は、電源ECU250により実行されるターンオン電流制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。
FIG. 13 is a flow chart showing an example of a procedure of turn-on current control executed by
図13を参照して、電源ECU250は、ターンオン電流Itを検出し、検出されたターンオン電流Itが制限値It_limを超えているか否かを判定する(ステップS10)。ターンオン電流Itが制限値It_lim以下であれば(ステップS10においてNO)、電源ECU250は、以降の一連の処理を実行することなくリターンへと処理を移行する。
Referring to FIG. 13,
ステップS10においてターンオン電流Itが制限値It_limを超えていると判定されると(ステップS10においてYES)、電源ECU250は、電力起動処理中であるか否かを判定する(ステップS20)。
When it is determined in step S10 that turn-on current It exceeds limit value It_lim (YES in step S10),
ステップS20において電力起動処理中であると判定されると(ステップS20においてYES)、電源ECU250は、電力起動処理を停止して、起動周波数側へ周波数fを操作する(ステップS30)。具体的には、電源ECU250は、インバータ220の出力電圧Voのデューティを前回値(上限)に維持するとともに電力起動処理による周波数操作量Δf1を0とし、ターンオン電流制御による周波数操作量Δf3に従って起動周波数側へ周波数fを変更するように、インバータ220を制御する。
When it is determined in step S20 that power activation processing is being performed (YES in step S20),
一方、ステップS20において、電力起動処理中ではない、すなわち効率最適制御の実行中であると判定されると(ステップS20においてNO)、電源ECU250は、効率最適制御における振動信号Svによる周波数fの振動を利用して、周波数fの変化に応じたターンオン電流Itの変化の方向を検知し、ターンオン電流Itを低下させる周波数の操作方向Drを決定する(ステップS40)。
On the other hand, if it is determined in step S20 that the power activation process is not being performed, that is, that the optimum efficiency control is being executed (NO in step S20),
そして、電源ECU250は、効率最適制御を停止して、ステップS40において決定された操作方向Drへ周波数fを操作する(ステップS50)。具体的には、電源ECU250は、効率最適制御による周波数操作量Δf2を0とし、ターンオン電流制御による周波数操作量Δf3に従って上記操作方向Drへ周波数fを変更するように、インバータ220を制御する。
Then,
以上のように、この実施の形態によれば、ターンオン電流Itが制限値It_limを超えた場合に、周波数fを実際に変化させたときのターンオン電流Itの変化の方向に基づいて、ターンオン電流Itを低下させる周波数の操作方向Drが決定されるので(効率最適制御の実行中)、ターンオン電流Itを確実に抑制することができる。 As described above, according to this embodiment, when the turn-on current It exceeds the limit value It_lim, the turn-on current It is determined (during execution of optimum efficiency control), the turn-on current It can be reliably suppressed.
なお、ターンオン電流Itが制限値It_limを超えた場合に、電力起動処理中であれば、起動周波数からの周波数fの操作方向と送電電力の増加方向とが対応しているので、周波数fを起動周波数側へ操作することによって、送電電力を低下させてターンオン電流Itを低下させることができる。 When the turn-on current It exceeds the limit value It_lim, if the power activation process is in progress, the frequency f is activated because the direction of operation of the frequency f from the activation frequency corresponds to the direction of increase in the transmitted power. By manipulating to the frequency side, it is possible to lower the transmitted power and lower the turn-on current It.
また、この実施の形態によれば、効率最適制御における振動信号Svによる周波数fの振動を利用して、ターンオン電流Itを低下させる周波数の操作方向Drが決定されるので、ターンオン電流制御による周波数fの操作方向を効率最適制御と協調しながら決定することができる。 Further, according to this embodiment, since the operation direction Dr of the frequency for decreasing the turn-on current It is determined by utilizing the vibration of the frequency f caused by the vibration signal Sv in the optimum efficiency control, the frequency f can be determined in cooperation with efficiency optimum control.
なお、状況によっては、ターンオン電流制御を実行してもターンオン電流Itが制限値以下に低下しない場合もあり得る。すなわち、ターンオン電流制御は、ターンオン電流Itが制限値を超える場合にターンオン電流Itを低下させるように周波数fを操作する制御であるが、ターンオン電流制御による周波数操作量Δf3に従って周波数fを操作しても、状況によってはターンオン電流Itが制限値以下に低下しない場合もあり得る。 Depending on the situation, turn-on current It may not drop below the limit value even if turn-on current control is executed. That is, the turn-on current control is a control for manipulating the frequency f so as to reduce the turn-on current It when the turn-on current It exceeds the limit value. However, depending on the situation, the turn-on current It may not drop below the limit value.
このような場合には、インバータ220を保護するために、送電を一旦停止するのが好ましい。また、送電を一旦停止した後に送電を再開し、このような送電の停止及び再開を繰り返してもターンオン電流Itが制限値を下回らない場合には、起動周波数を変更して送電を再開するのが好ましい。起動周波数を変更することにより、インバータ220の動作点(周波数及びデューティ)が変わり、ターンオン電流制御を実行してもターンオン電流Itが制限値以下に低下しない状況を回避できる可能性がある。
In such a case, it is preferable to temporarily stop power transmission in order to protect
図14は、ターンオン電流制御を実行してもターンオン電流Itが制限値を下回らない場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理も、所定時間毎に繰り返し実行される。 FIG. 14 is a flowchart showing an example of a processing procedure when turn-on current It does not fall below a limit value even when turn-on current control is executed. A series of processes shown in this flowchart are also repeatedly executed at predetermined time intervals.
図14を参照して、電源ECU250は、ターンオン電流Itが制限値It_limを超えている状態(図13のステップS10においてYESと判断されている状態)が所定時間継続しているか否かを判定する(ステップS110)。所定時間は、たとえば、ターンオン電流制御の実行によりターンオン電流Itが制限値を下回るまでの予想最大時間(設計値)に基づいて設定される。上記の状態が所定時間継続していなければ(ステップS110においてNO)、電源ECU250は、以降の一連の処理を実行することなくリターンへと処理を移行する。
Referring to FIG. 14,
ステップS110において、ターンオン電流Itが制限値It_limを超えている状態が所定時間継続していると判定されると(ステップS110においてYES)、電源ECU250は、インバータ220による送電電力の生成を停止することにより送電を一旦停止する(ステップS120)。送電が停止されることにより、ターンオン電流制御も停止する。
When it is determined in step S110 that the state in which turn-on current It exceeds limit value It_lim has continued for a predetermined time (YES in step S110),
その後、電源ECU250は、電力起動処理を再度実行するにあたり、電力起動処理の再実行回数が規定回数に達したか否かを判定する(ステップS130)。規定回数には、たとえば2回或いはそれ以上の適当な回数が設定される。
Thereafter,
ステップS130において再実行回数が規定回数に達していないと判定された場合は(ステップS130においてNO)、電源ECU250は、前回の電力起動処理における起動周波数から電力起動処理を再度実行する(ステップS140)。なお、送電の一旦停止から電力起動処理の再実行まで一定の時間を設けてもよい。
When it is determined in step S130 that the number of re-executions has not reached the prescribed number (NO in step S130),
一方、ステップS130において再実行回数が規定回数に達したと判定された場合は(ステップS130においてYES)、電源ECU250は、起動周波数を変更して電力起動処理を再度実行する(ステップS150)。たとえば、前回までの電力起動処理において、規格等で定められた使用可能な周波数帯の上限fbを起動周波数としていた場合、その周波数帯の下限faに起動周波数を変更して電力起動処理が再度実行される。これにより、インバータ220の動作点が変わり、ターンオン電流Itが制限値に達した場合にターンオン電流制御を実行してもターンオン電流Itが低下しない状況を回避できる可能性がある。
On the other hand, when it is determined in step S130 that the number of times of re-execution has reached the specified number of times (YES in step S130),
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
10 送電装置、20 受電装置、100 交流電源、210 PFC回路、220 インバータ、230,320 フィルタ回路、240 送電部、242 送電コイル、244,314 キャパシタ、250 電源ECU、260,370 通信部、270,380 電圧センサ、272,274,382 電流センサ、310 受電部、312 受電コイル、330 整流部、340 リレー回路、350 蓄電装置、360 充電ECU、410 送電電力制御部、420 効率最適制御部、421 振動信号生成部、422 損失検出部、423,433 HPF、424,434 乗算部、425,435 LPF、426 コントローラ、427 加算部、430 ターンオン電流制御部、431 実行判定部、432 操作方向決定部、436 符号抽出部、437 操作量算出部、440 It検出部、450 周波数設定部、460 駆動信号生成部。
10
Claims (5)
所定の周波数の送電電力を生成して前記送電部へ供給するインバータと、
制御部とを備え、
前記制御部は、
前記送電電力を目標に制御する電力制御と、
前記電力制御により前記送電電力が目標に制御される下で、前記周波数を振動させることによって、効率を向上させるための最適周波数を探索する効率最適制御と、
前記インバータにより前記周波数を操作することによってターンオン電流を制限値以下に制御するターンオン電流制御とを実行するように構成され、
前記ターンオン電流制御は、前記周波数を変化させたときの前記ターンオン電流の変化の方向に基づいて、前記ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向を決定する第1の処理を含み、
前記第1の処理は、前記効率最適制御における前記周波数の振動に応じた前記ターンオン電流の変化の方向に基づいて、前記周波数の操作方向を決定する処理を含む、非接触送電装置。 a power transmission unit configured to wirelessly transmit power to a power receiving device;
an inverter that generates transmission power of a predetermined frequency and supplies it to the power transmission unit;
and a control unit,
The control unit
power control for controlling the transmitted power with a target;
Efficiency optimum control for searching for an optimum frequency for improving efficiency by oscillating the frequency while the transmitted power is controlled to a target by the power control ;
a turn-on current control for controlling the turn-on current to a limit value or less by manipulating the frequency by the inverter ,
The turn-on current control includes a first process of determining a direction of frequency operation for decreasing the turn-on current based on a direction of change in the turn-on current when the frequency is changed,
The contactless power transmission device, wherein the first process includes a process of determining an operation direction of the frequency based on a direction of change of the turn-on current according to oscillation of the frequency in the optimum efficiency control.
前記ターンオン電流制御は、前記ターンオン電流が前記制限値を超えた場合に前記電力起動処理が実行されているとき、前記周波数を前記起動周波数側へ操作する第2の処理をさらに含む、請求項1に記載の非接触送電装置。 The power control includes power activation processing in which the duty of the output voltage of the inverter is increased to a predetermined value at a predetermined activation frequency, and then the transmitted power reaches a target by manipulating the frequency,
2. The turn-on current control further includes a second process of manipulating the frequency toward the start-up frequency when the power start-up process is being executed when the turn-on current exceeds the limit value. The contactless power transmission device according to .
所定の周波数の送電電力を生成して前記送電部へ供給するインバータと、
前記インバータにより前記周波数を操作することによってターンオン電流を制限値以下に制御するターンオン電流制御を実行するように構成された制御部とを備え、
前記ターンオン電流制御は、前記周波数を変化させたときの前記ターンオン電流の変化の方向に基づいて、前記ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向を決定する処理を含み、
前記制御部は、前記ターンオン電流制御を実行しても前記ターンオン電流が前記制限値を超える場合、前記送電電力の生成を停止するように前記インバータを制御する、非接触送電装置。 a power transmission unit configured to wirelessly transmit power to a power receiving device;
an inverter that generates transmission power of a predetermined frequency and supplies it to the power transmission unit;
a control unit configured to execute turn-on current control for controlling a turn-on current to a limit value or less by manipulating the frequency by the inverter;
The turn-on current control includes processing for determining a direction of operation of the frequency for decreasing the turn-on current based on the direction of change in the turn-on current when the frequency is changed,
The contactless power transmission device , wherein the control unit controls the inverter to stop generating the transmission power when the turn-on current exceeds the limit value even if the turn-on current control is executed.
所定の周波数の送電電力を生成して前記送電部へ供給するインバータと、
制御部とを備え、
前記制御部は、
前記送電電力を目標に制御する電力制御と、
前記インバータにより前記周波数を操作することによってターンオン電流を制限値以下に制御するターンオン電流制御とを実行するように構成され、
前記ターンオン電流制御は、前記周波数を変化させたときの前記ターンオン電流の変化の方向に基づいて、前記ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向を決定する第1の処理を含み、
前記電力制御は、所定の起動周波数で前記インバータの出力電圧のデューティを所定値まで上昇させた後、前記周波数を操作することによって前記送電電力を目標に到達させる電力起動処理を含み、
前記ターンオン電流制御は、前記ターンオン電流が前記制限値を超えた場合に前記電力起動処理が実行されているとき、前記周波数を前記起動周波数側へ操作する第2の処理をさらに含み、
前記制御部は、
前記ターンオン電流制御を実行しても前記ターンオン電流が前記制限値を超える場合、前記送電電力の生成を停止するように前記インバータを制御し、
前記送電電力の生成を停止した後、前記起動周波数を変更して前記電力起動処理を再度実行する、非接触送電装置。 a power transmission unit configured to wirelessly transmit power to a power receiving device;
an inverter that generates transmission power of a predetermined frequency and supplies it to the power transmission unit;
and a control unit,
The control unit
power control for controlling the transmitted power with a target;
a turn-on current control for controlling the turn-on current to a limit value or less by manipulating the frequency by the inverter,
The turn-on current control includes a first process of determining a direction of frequency operation for decreasing the turn-on current based on a direction of change in the turn-on current when the frequency is changed,
The power control includes power activation processing in which the duty of the output voltage of the inverter is increased to a predetermined value at a predetermined activation frequency, and then the transmitted power reaches a target by manipulating the frequency,
The turn-on current control further includes a second process of manipulating the frequency toward the start-up frequency when the power start-up process is being executed when the turn-on current exceeds the limit value,
The control unit
controlling the inverter to stop generating the transmission power when the turn-on current exceeds the limit value even if the turn-on current control is executed;
A contactless power transmission device that, after stopping generation of the transmitted power, changes the activation frequency and executes the power activation process again.
前記送電装置から非接触で受電する受電装置とを備え、
前記送電装置は、
前記受電装置へ非接触で送電するように構成された送電部と、
所定の周波数の送電電力を生成して前記送電部へ供給するインバータと、
制御部とを含み、
前記制御部は、
前記送電電力を目標に制御する電力制御と、
前記電力制御により前記送電電力が目標に制御される下で、前記周波数を振動させることによって、効率を向上させるための最適周波数を探索する効率最適制御と、
前記インバータにより前記周波数を操作することによってターンオン電流を制限値以下に制御するターンオン電流制御とを実行するように構成され、
前記ターンオン電流制御は、前記周波数を変化させたときの前記ターンオン電流の変化の方向に基づいて、前記ターンオン電流を低下させる周波数の操作方向を決定する処理を含み、
前記処理は、前記効率最適制御における前記周波数の振動に応じた前記ターンオン電流の変化の方向に基づいて、前記周波数の操作方向を決定する処理を含む、非接触電力伝送システム。 a power transmission device;
a power receiving device that receives power from the power transmitting device in a contactless manner;
The power transmission device
a power transmission unit configured to wirelessly transmit power to the power receiving device;
an inverter that generates transmission power of a predetermined frequency and supplies it to the power transmission unit;
a control unit;
The control unit
power control for controlling the transmitted power with a target;
Efficiency optimum control for searching for an optimum frequency for improving efficiency by oscillating the frequency while the transmitted power is controlled to a target by the power control;
a turn-on current control for controlling the turn-on current to a limit value or less by manipulating the frequency by the inverter,
The turn-on current control includes processing for determining a direction of operation of the frequency for decreasing the turn-on current based on the direction of change in the turn-on current when the frequency is changed,
The non-contact power transmission system , wherein the processing includes processing for determining the operating direction of the frequency based on the direction of change in the turn-on current according to the oscillation of the frequency in the efficiency optimum control .
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